目前(qian),在各種工業(yè)生産中流量(liang)的測量非常(cháng)重要,因此🌈各(gè)種各樣的 流(liu)量計 層出不(bu)窮。壓差類的(de)流量計由于(yu)價格較低，使(shi)用的經🌈驗豐(fēng)富,經過長時(shi)間的研究,精(jīng)度越來越高(gāo)，所以應用非(fēi)常廣泛🈚”。其中(zhōng)🔴雙向💜内外管(guǎn)壓差流量計(ji) 具有對流體(tǐ)的擾動小和(he)獲得壓差信(xìn)号大的優點(diǎn)田,但🏃需要對(duì)雙向内外管(guan)壓差流量計(ji)的結構參數(shù)進行進YI 步的(de)優💜化。影響雙(shuāng)向内外管壓(ya)差流量計性(xìng)能的參🛀數有(you)很多，以往😍的(de)研究大部分(fen)🈚是對節流件(jiàn)的1個或2個⛹🏻‍♀️結(jié)構參數進行(háng)同時優化,不(bu)夠全面印,如(rú)🈲果對3個及以(yǐ)上結構參數(shù)同時優化，便(bian)需要進行大(da)💔量的仿真工(gōng)作，爲提高效(xiào)率，對✏️仿真軟(ruǎn)件進行二次(ci)😄開發。傳統🎯的(de)仿真軟件FLUENT難(nán)以滿足需求(qiu)，而COMSOLMultiphys-ics仿真軟件(jiàn)可以導出M文(wén)件,在MATLAB中🐉運行(hang)程序可以自(zì)動仿真并提(tí)取數據，二次(ci)開發難度低(dī)甲。如果COMSOL的仿(páng)真效果♍達到(dào)☂️要求,那麽在(zai)雙向内外管(guan)壓差流量計(ji)的仿真中,COMSOL仿(pang)真軟件便可(kě)取代FLUENT.
1流量計(ji)原理
　　雙向内(nei)外管壓差流(liú)量計的基本(běn)結構如圖1所(suo)示。安裝節💔流(liu)㊙️件的管道直(zhí)徑選爲32mm。雙向(xiàng)内外管壓差(cha)流量計節🚶‍♀️流(liu)件的長度對(dui)流量計的性(xing)能影響可忽(hū)略,爲了方便(biàn)測量,将節流(liú)件大管長度(dù)定爲30mm,節流件(jiàn)的厚🎯度定爲(wei)2mm。

　　根據連續(xù)方程和伯努(nǔ)利方程5的原(yuán)理可知，流體(tǐ)在通過節流(liú)件⭐時,在I-I平面(miàn)，外流道流體(tǐ)體積壓縮,流(liú)速增大,流體(tǐ)壓力減小,而(ér)内流道流體(tǐ)擴散,流速減(jian)小，流體壓力(li)增大⭕;在II-II平面(miàn),内外流道比(bi)較平穩，流速(sù)和壓力都趨(qū)于穩定:在亞(ya)一I平面✉️,與I-I平(ping)面情況相反(fǎn)，外流道擴散(san),流速減小，流(liú)體壓力增大(da)，而内流道流(liú)體😄壓縮,流速(su)增🈲大，流體壓(yā)力減小。如此(cǐ)--來,在II-II段節流(liú)件内外就會(huì)形成最大的(de)壓差:
△P=P内一P外(wài)(1)
式中:△P爲内外(wài)壓差;P内爲内(nèi)測點的水壓(ya);P外爲外測點(diǎn)的水☂️壓。
與傳(chuan)統壓差類流(liu)量計的測量(liàng)公式類似,流(liú)量Q的計算公(gong)式爲:

　　式中:C爲(wèi)流出系數;A爲(wei)流道截面積(jī),m2;λ爲等效直徑(jing)比;ρ爲流體密(mì)度,kg/m3。
　　影響流量(liang)計測量JINGDU 的主(zhu)要因素是水(shui)頭損失。水頭(tóu)損失包括☂️沿(yan)🥰程水頭損失(shī)和局部水頭(tóu)損失。局部水(shuǐ)頭損失😘是指(zhi)因局部邊界(jie)急劇改變導(dao)緻水流結構(gòu)改變、流速分(fèn)布改變并産(chan)生旋渦區而(er)引起的水頭(tou)損失。沿程水(shuǐ)頭損失是指(zhi)在固體🌈邊界(jiè)平直的水道(dào)中，單位質量(liang)的液體自一(yī)斷面流至另(lìng)一斷面所損(sǔn)失的機械能(neng)，這💘種水頭損(sǔn)失是沿🌈程都(dou)有,并且随👄沿(yan)程長度而增(zeng)加。影響局部(bù)水頭損失的(de)因素主要是(shi)節流件異徑(jing)比h、節流件的(de)大管半徑R,影(yǐng)響沿程水頭(tou)損失的因素(su)主要是擴散(san)角θ。
2二次回歸(guī)正交試驗設(she)計.
　　回歸正交(jiāo)試驗是在因(yin)素的合理變(biàn)化範圍内選(xuan)取有限✔️個🚩試(shì)🌈驗點安排模(mo)拟計算統計(jì),根據有限個(ge)試驗點建立(lì)具有一定可(kě)信❄️度的回歸(guī)方程，當各個(gè)結構參數确(que)定之後，可利(li)用回歸🐉方程(chéng)進行估算見(jian),。選擇優化的(de)主要參數是(shì)異徑比k、擴散(san)角θ和節流件(jiàn)的💜大管半徑(jìng)R.采用二次正(zhèng)交回歸組合(hé)設計的試驗(yan)方😍法，首先設(she)定3個控制參(can)數的變化範(fàn)圍:異徑比k爲(wei)0.5~0.9;擴🈲散角θ爲4°~10°;節(jiē)流件的大管(guǎn)半徑R爲5~9mm。依據(jù)二次回歸正(zheng)交🔞試驗的設(shè)計原則，可以(yǐ)得到各組試(shi)驗的結構參(cān)數見表1。

3COMSOL與FLUENT仿(páng)真對比
　　利用(yòng)SolidWorks建立三維模(mó)型,導入仿真(zhēn)軟件進行網(wǎng)格劃分。按照(zhao)網格劃分的(de)原則,參數變(biàn)量變化梯度(dù)大的區域需(xū)要采⛷️用較爲(wei)密🙇🏻集的網格(ge)劃分方法以(yǐ)提高精度,變(biàn)化梯度小的(de)區域采用較(jiao)爲稀疏的網(wang)格劃分方法(fǎ)以節省計算(suan)資源。節流件(jiàn)前後的流場(chǎng)劃分的🈲網格(ge)稀疏,節流件(jiàn)周圍的流場(chǎng)劃分的網格(gé)密集回。FLUENT仿真(zhen)軟件劃分📧的(de)網格爲非結(jie)構四面體，将(jiāng)整個流場進(jìn)行網格劃分(fen)後,網格數量(liang)在30000左⛷️右,如圖(tu)2所示。COMSOL仿☀️真軟(ruan)件劃分的網(wǎng)格在靠近邊(biān)界的流🔴場爲(wei)六面體,其他(tā)區域的網格(gé)爲非🈲結構四(sì)面體,将整個(gè)流場進🌐行網(wǎng)格劃分後，網(wang)😘格數量💰在100000左(zuo)右，如圖3所示(shì)。兩種軟🔴件的(de)網格劃🈲分方(fang)法相比較🛀,COMSOL對(dui)流場的網格(gé)劃分更加正(zheng)确。

　　雙向内外(wài)管壓差流量(liàng)計的節流件(jiàn)采用對稱結(jié)構,流場雖然(ran)被😄分爲内外(wài)兩個部分，但(dàn)在節流件中(zhong)部有一💯-段穩(wěn)定流态的直(zhi)管👣段,當流體(ti)流過節流件(jian)後，内外兩⛱️流(liú)道又合并爲(wei)一個流道,其(qi)中流體的流(liú).速🍉和壓力逐(zhú)漸穩定，在流(liú)場中并💚沒有(yǒu)過大的壓力(li)梯度,所以湍(tuan)流模型選擇(zé)K-ε模型。标準的(de)K-ε模型現已經(jing)過💰許多改進(jìn),其中RNGk-ε模型來(lai)源于嚴格的(de)統計技術,提(tí)高了精度和(hé)可信度,在FLU-ENT仿(pang)真中可以選(xuǎn)擇RNGK-ε模型[10),但是(shi)在COMSOL仿真中隻(zhi)能籠統地💯選(xuan)擇K-ε模型。
　　仿真(zhen)介質選擇液(ye)态水，溫度20C,爲(wèi)不可壓縮流(liú)體，出口條件(jian)爲outflow,試⭐驗均在(zai)入口流速2m/s.的(de)條件下進行(hang)仿真。在求解(jie)器的設置📐方(fāng)面,兩種軟件(jian)均選擇“叠代(dài)或容差”的終(zhong)止條件。
　　由于(yú)FLUENT與COMSOL軟件中均(jun)可設置對稱(chēng)面，因此在構(gòu)建三維模型(xing)時可以♉僅構(gòu)建半個流場(chang)區域,以方便(biàn)觀察截面.上(shàng)的壓力分✉️布(bu)。在仿真的後(hou)處理中,壓力(lì)測量點需要(yào)設置在流場(chang)穩定的區域(yu)，故計算壓損(sǔn)的前後壓力(lì)測量點設置(zhi)在節流件的(de)前後1個管✂️徑(jìng)距離的🔴位置(zhì),計算壓差信(xin)号的兩個壓(yā)力測量🐕點設(shè)置在節流件(jiàn)中心和外🔴流(liu)道中心0。
4仿真(zhen)結果和數據(ju)分析
　　對于雙(shuang)向内外管壓(ya)差流量計而(ér)言,内外壓差(cha)信号大🆚的✌️條(tiáo)件下,壓損越(yue)小越好,故選(xuan)取内外壓差(chà)信号🏒與壓損(sǔn)的差值，即壓(yā)損差,作爲雙(shuang)向内外管壓(yā)差流量計的(de)🚩評價指标。按(àn)照前文設置(zhì)的結構參數(shù)建立15組三維(wéi)模型,分别利(lì)用FLUENT與COMSOL進行仿(pang)真,根據仿真(zhēn)結果,記錄内(nèi)外壓差信号(hao),将COMSOL和FLUENT仿真數(shu)據的差的絕(jue)對值與FLUENT數據(ju)的比值定義(yi)爲誤差比，内(nei)外壓差信号(hào)數據對比見(jian)表💃2,用同樣的(de)方法記錄兩(liang)種軟件仿真(zhen)結果的前後(hou)壓損和壓損(sun)❌差,并計算出(chu)誤差比,數據(ju)對比🔞見表3、表(biǎo)4。繪制的誤差(chà)比折線圖如(ru)圖4所示。




　　通過(guò)觀察表中數(shù)據可得到規(guī)律:COMSOL仿真數據(ju)與FLUENT仿真數據(ju)的💚誤差⛹🏻‍♀️随着(zhe)FLUENT仿真數據的(de)增大而增大(da)。同時對比折(shé)⁉️線圖可發現(xian)各😍組數據的(de)誤差比均維(wei)持在較低且(qiě)穩定的水平(ping)。這樣的誤差(chà)比對于後續(xu)拟合二🈚次回(huí)歸方程以及(ji)計算方程的(de)最優解影📐響(xiǎng)很小。
　　分别導(dǎo)出一組試驗(yàn)的仿真壓力(li)雲圖進行對(duì)比，如圖5、圖6所(suo)示。由圖可知(zhi)，壓力分布基(ji)本相同，COMSOL的壓(ya)力雲圖更👨‍❤️‍👨加(jia)立體直觀，視(shi)覺效🐅果比FLUENT更(geng)好。


5結束語
　　以(yi)雙向内外管(guǎn)壓差流量計(ji)節流件的異(yì)徑.比h:擴散❓角(jiǎo)θ和節流件🈲的(de)大管半徑R3個(gè)結構參.數爲(wei)優化目标，設(shè)計了二次回(huí)⁉️歸正交試驗(yan)，分别用FLUENT和COMSOL進(jìn)行仿真、記錄(lù)數據。通過COMSOL仿(pang)真所得的數(shù)據與通過FLUENT仿(páng)真所得的數(shu)據相比,雖然(rán)有浮動,但是(shì)誤差比卻維(wei)持在一個較(jiào)低且穩定的(de)水平,因此，使(shǐ)用COMSOL代替FLUENT進行(háng)雙向内外🔅管(guǎn)壓差流量計(ji)的仿真。COMSOL的仿(páng)真過程可保(bao)存爲☀️M文件,方(fang)便利用⭕MATLAB對COMSOL進(jìn)行二次開♋發(fā)，對雙向内外(wài)管壓差流量(liang)計更多結構(gou)參數🚶‍♀️進一步(bù)優化。

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